[發明專利]一種原位合成碳納米管改性超高溫陶瓷雜化粉體的方法

有效

• 申請號: 201410283089.7
• 申請日: 2014-06-23
• 公開（公告）號: CN104016685A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 張幸紅;徐寶升;洪長青;韓杰才;孟松鶴;韓文波
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B35/626
• 分類號: C04B35/626
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明涉及一種原位合成碳納米管改性超高溫陶瓷雜化粉體的方法，屬于結構陶瓷技術領域。

背景技術

碳納米管具有優異的力學性能，電學性能和熱學性能。碳納米管提高脆性材料的韌性具有突出的效果，引入到陶瓷中的碳納米管可以通過橋連作用顯著提高材料的力學性能。但是碳納米管具有非常大的長徑比，易團聚，用于制備碳納米管改性的復合材料時，很難在基體中充分分散，尤其是在顆粒粉體中。

目前報道的制備碳納米管的方法主要有化學氣相沉積法，電弧放電法和激光燒蝕法等。化學氣相沉積法對設備要求較高，投資大；激光燒蝕法制備碳納米管所需條件苛刻；電弧法具有簡單快速的特點，但該法所生產的碳納米管缺陷較多，產率較低且難于純化，不適合批量生產。

為制備碳納米管改性超高溫陶瓷，采用上述方法獲得碳納米管后，會遇到一個技術難題，就是碳納米管如何在基體中充分分散的問題，由于碳納米管具有非常大的長徑比，易團聚，用于制備碳納米管改性的復合材料時，很難在基體中充分分散，尤其是在顆粒粉體中。采用原位生長的方法在陶瓷粒子表面原位生長碳納米管可以很好的解決碳納米管的分散問題。

發明內容

本發明是為了解決現有制備碳納米管改性超高溫陶瓷時，碳納米管存在團聚的問題，而提出一種原位合成碳納米管改性超高溫陶瓷雜化粉體的方法。

一種原位合成碳納米管改性超高溫陶瓷雜化粉體的方法，按以下步驟進行：

一、將催化劑Ni(NO₃)₂.6H₂O通過研磨的方式充分分散在含硼的有機聚合物先驅體和含鋯的有機聚合物先驅體中得到三者的混合粉體，其中含硼的有機聚合物先驅體為2,4,6-三-甲氨基硼吖嗪，分子式為(NHCH₃)₃B₃N₃H₃，含鋯的有機聚合物先驅體為[(C₄H₈O)Zr(acac)₂]_n，n＝110～120，B:Zr的摩爾比為(1～4):1，催化劑Ni(NO₃)₂.6H₂O與含硼和含鋯的有機聚合物先驅體的重量之比為1:(50～200)；

二、將步驟一得到的混合粉體放在上部敞口的模具中，在管式爐中加熱裂解，先以升溫速率為4℃/min～6℃/min將管式爐加熱升溫到950℃～1050℃，再以升溫速率為1℃/min～3℃/min將管式爐加熱至有機聚合物先驅體完全陶瓷化溫度1450℃～1550℃，保溫時間為0.5h～2h，加熱裂解過程中，采用惰性氣體作為保護氣體；

三、將步驟二得到的加熱裂解后的混合粉體，自然降溫到20℃～25℃，即得到碳納米管改性超高溫陶瓷雜化粉體。

本發明的反應機理：聚合物先驅體裂解時放出的氣體有CO，CO₂，CH₄，NH₄，NO₂，H₂O等，其中聚合物先驅體裂解放出的CO，CH₄，CO₂是碳納米管生長的主要碳源，其他產物隨著溫度的升高以氣體的形式從基體中脫出，從而得到碳納米管改性超高溫陶瓷雜化粉體。

碳納米管的形成過程：含碳氣體CO，CH₄，CO₂在催化劑表面分解成含碳部分和不含碳部分，含碳部分被催化劑溶解，不含碳部分被分離出去，由于含碳部分不斷地被催化劑溶解提供碳源，在催化劑的底部，碳納米管不斷地析出生長。

本發明包括以下有益效果：

1、采用本發明方法制備的碳納米管改性超高溫陶瓷雜化粉體中碳納米管分布均勻，沒有團聚現象發生；

2、采用本發明方法制備碳納米管結構完整，無機械損傷，缺陷少，產品質量高；

3、本發明方法所用設備簡單，投資小，且能批量生產碳納米管改性超高溫陶瓷雜化粉體。

附圖說明

圖1為具體實施方式六制備的碳納米管改性超高溫陶瓷雜化粉體的SEM圖；

圖2為具體實施方式六制備的碳納米管改性超高溫陶瓷雜化粉體的XRD圖。

具體實施方式

具體實施方式一：一種原位合成碳納米管改性超高溫陶瓷雜化粉體的方法，按以下步驟進行：